La investigación identifica las neuronas que controlan los movimientos hacia la izquierda y hacia la derecha en los mamíferos
Los métodos de aprendizaje profundo utilizados para rastrear ratones que se mueven libremente, que revelaron los mecanismos que utilizan los ratones para girar. El cambio secuencial en el eje del cuerpo durante el giro se muestra como diagramas de barras codificados por colores superpuestos. Crédito: Cregg, Montalant y Kiehn.
Investigadores de la Universidad de Copenhague y el Instituto Karolinska han llevado a cabo recientemente un estudio que investiga las bases neurales de una habilidad locomotora específica en animales, que implica movimientos laterales (es decir, moverse hacia la izquierda o hacia la derecha). Su artículo, publicado en Nature Neuroscience, destaca el papel vital de una población de neuronas específica en el tronco encefálico, las llamadas neuronas Chx10, al permitir que los ratones y potencialmente otros animales con extremidades giren hacia la izquierda o hacia la derecha mientras se mueven.
«La locomoción es un comportamiento natural universal del reino animal», dijo a MedicalXpress el profesor Ole Kiehn, investigador principal del estudio. «En los vertebrados, la coordinación de los movimientos locomotores rítmicos ocurre principalmente dentro de los circuitos de la propia médula espinal. Para que estos circuitos funcionen, necesitan órdenes de las neuronas efectoras del cerebro».
Estudios anteriores han encontrado que las neuronas efectoras del cerebro controlan una serie de aspectos de la locomoción animal, incluida la capacidad de la mayoría de los mamíferos para comenzar a moverse, acelerar y detenerse. Sin embargo, los mecanismos neurales que subyacen a los movimientos laterales (es decir, giros a la izquierda o a la derecha) en los animales se han estudiado menos y, por lo tanto, aún no se conocen bien.
La capacidad de moverse en una dirección particular es esencial para casi todos los comportamiento, incluida la búsqueda de alimento, la navegación y el escape», dijo Kiehn.
En su trabajo anterior, Kiehn y sus colegas encontraron que cuando se activa simétricamente, una clase particular de neuronas, a saber, las neuronas del tronco encefálico que expresan la proteína Chx10, puede hacer que un animal deje de moverse. Cuando comenzaron a trabajar en este nuevo estudio, plantearon la hipótesis de que, cuando se activan solo en un lado, estas neuronas podrían actuar como una vía de giro, permitiendo que los animales giren a la izquierda o a la derecha.
Para probar esta hipótesis, los investigadores trazaron genéticamente neuronas Chx10 en el cerebro de ratones. Esto les permitió demostrar una proyección unilateral de estas células desde el tronco encefálico hasta la médula espinal del animal.
«Para demostrar que Chx10 las células controlan el movimiento asimétrico s in vivo en mamíferos, utilizamos una serie de enfoques en los que podemos manipular la actividad de las células nerviosas hacia arriba o hacia abajo utilizando canales sensibles a la luz (optogenéticos) o receptores artificiales activados por fármacos (quimiogenéticos) que se expresan selectivamente en las células Chx10 del tronco encefálico». El Dr. Jared Cregg, primer autor del artículo, le dijo a MedicalXpress. «Esto nos permitió manipular la actividad de estas células sin afectar a otras células nerviosas y relacionar directamente su actividad con el comportamiento motor de los animales».
En su estudio, Kiehn y sus colegas también investigaron los efectos de estimular el tronco encefálico. Células Chx10 en preparaciones aisladas de médula espinal de tronco encefálico. Curiosamente, descubrieron que las células Chx10 inhiben (es decir, rompen) las redes locomotoras de las extremidades, al mismo tiempo que activan las redes motoras que controlan la musculatura del tronco del animal en el mismo lado de su cuerpo.
Finalmente, los investigadores usaron técnicas de aprendizaje profundo para rastrear los movimientos de las extremidades y el cuerpo mientras los ratones giraban. Los resultados de sus análisis sugieren fuertemente que las neuronas Chx10 del tronco encefálico permiten que los ratones se muevan hacia la izquierda o hacia la derecha, coordinando sus movimientos con longitudes de paso más cortas y doblando la musculatura del tronco en el lado en el que giran.
«Nosotros han identificado una pieza faltante del control central de la locomoción en animales con extremidades: la capacidad de girar a la izquierda y a la derecha», dijo Cregg. «Nuestro estudio indica claramente que las neuronas Chx10 Gi actúan como el efector común final para controlar los movimientos hacia la izquierda y hacia la derecha, lo que abre una ventana a cómo las diferentes áreas del cerebro funcionan en conjunto para controlar las decisiones hacia la izquierda o hacia la derecha según las diversas necesidades conductuales».
El estudio ofrece evidencia de un sistema motor descendente que controla los movimientos izquierdo y derecho en los mamíferos. Esta es una contribución muy valiosa al campo de la neurociencia, ya que podría arrojar luz sobre los fundamentos neuronales de los trastornos motores asociados con una serie de enfermedades neurológicas.
«Comprender los circuitos neuronales que sustentan las funciones básicas del cerebro y la médula espinal que controlan los movimientos es muy importante», dijo Kiehn. «Ahora planeamos estudiar cómo las neuronas del tronco encefálico interactúan directamente con los circuitos locomotores espinales y cómo diferentes áreas del cerebro controlan las células Chx10 en diferentes entornos de comportamiento. También nos gustaría estudiar si hay cambios en este circuito del tronco encefálico que podrían estar relacionados con algunos de los déficits de movimiento observados en modelos de Parkinson en ratones».
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Las neuronas del tronco encefálico controlan cómo los ratones giran a la izquierda y a la derecha Más información: Jared M. Cregg et al. Neuronas del tronco encefálico que controlan las asimetrías locomotoras de los mamíferos, Nature Neuroscience (2020). DOI: 10.1038/s41593-020-0633-7 Información de la revista: Nature Neuroscience
2020 Science X Network
Cita: Investigación identifica neuronas que controlan los movimientos izquierdo y derecho en los mamíferos (28 de mayo de 2020) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-05-neurons-left-movements-mammals.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.